авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

Учебное пособие для слушателей курса профессиональной

переподготовки «Промышленное и гражданское строительство»

Под ред. Долматова

А.В.

ВВЕДЕНИЕ

Фундамент – это подземная часть сооружений, которая воспринимает

нагрузку от его надземной части и передает ее на основание.

- Мировой опыт строительства показывает, что большинство аварий

построенных зданий и сооружений вызвано ошибками, связанными с

возведением фундаментов и устройством оснований, что проявляется в накоплении грунтами основания достаточных деформаций, т.е. как правило в период эксплуатации.

- Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стоимости строительства, а в сложных ИГУ может достигать 20-30 % и более. Поэтому необходимо уметь принимать (проектировать) абсолютно обоснованные и экономически выгодные конструктивные решения фундаментов.

Основанием называют толщу грунтов, на которых возводится сооружение и в которых возникают напряжения и деформации от передаваемых на них нагрузок.

N фундамент p d b основание Рис Основание и фундамент Таким образом, проектирование оснований и фундаментов должно включать в себя обоснованный расчетом выбор типа основания (естественное или искусственное);

типа конструкции, материала и размеров фундаментов (глубина заложения, размеры, площади подошвы и т.д.), а так же мероприятий, применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.

- Конструирование фундаментов (класс бетона, выбор арматуры, определение размеров отдельных его частей и т.п.) относится к курсу железобетонных конструкций.

Основания:

I. Скальные.

Массивная горная порода, обладающая большой прочностью и малой сжимаемостью.

Изучением свойств скальных оснований и их поведением под нагрузкой занимается наука «Механика скальных грунтов».

II. Грунтовые.

Раздробленная горная порода (минерально-дисперстное образование) – результат физического и химического выветривания массивных горных пород.

Грунтовое основание обладает большой сжимаемость и малой прочностью, что необходимо учитывать при проектировании.



- Проектирование ОиФ производится в соответствии с нормативными документами.

При этом необходимо:

1) Обеспечить прочность и эксплуатационную надежность сооружения (абсолютные осадки, а также их разность, не должны превышать допускаемые для данных сооружений), т.е. SSu.

2) Максимально использовать прочностные свойства грунтов, а также материалов фундаментов.

3) Минимальная стоимость фундамента, сокращение трудоемкости и сроков производства работ.

Порядок проектирования ОиФ 1. Изучить материалы инженерно-геологических, гидрогеологических и геодезических изысканий на площадке будущего строительства.

(Обязательно должно быть изучение архивных материалов, особенно в условиях городской застройки.) 2. Произвести анализ проектируемого здания с точки зрения оценки его чувствительности к неравномерным осадкам.

3. Определить нагрузки на фундаменты.

4. Выбрать несущий слой грунта.

5. Рассчитать предложенные варианты фундаментов по 2-м предельным состояниям (прочность и деформации).

6. Произвести экономическое сравнение вариантов и выбрать наиболее дешевый.

7. Произвести полный расчет и проектирование выбранного варианта фундамента.

§1. ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ 1.1. Основные сведения К ФМЗ относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву.

d 4 ФМЗ b ФМЗ возводятся в открытых котлованах или в специальных выемках, устраиваемых в грунтовых основаниях.

Рис 10.1. Схема фундамента мелкого заложения:

1 – фундамент;

2 – колонна;

3 – обрез фундамента.

- ФМЗ по условиям изготовления разделяют на:

• монолитные, возводимые непосредственно в котлованах.

• сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.

- По конструктивным решениям ФМЗ разделяют на:

• отдельно стоящие фундаменты:

a) под колонну (опору);

b) под стены (при малых нагрузках) • ленточные фундаменты:

a) выполняются под протяженные конструкции (стены);

b) выполняются под ряды и сетки колонн в виде одинарных или перекрестных лент.

• сплошные (плитные) фундаменты Выполняются в виде сплошной железобетонной плиты, как правило, под тяжелые сооружения. Такие фундаменты разрезаются в плане только осадочными швами, что способствует уменьшению неравномерности осадки сооружения.

• массивные фундаменты Выполняются в виде жесткого компактного железобетонного массива под небольшие в плане тяжелые сооружения (башни, мачты, дымовые трубы, доменные печи, устои мостов и т.п.).

Рис 10.2. Основные типы фундаментов мелкого заложения:

а – отдельный фундамент под колонну;

б – отдельные фундаменты под стену;

в – ленточный фундамент под стену;

г – то же, под колонны;

д – то же, под сетку колонн;

е – сплошной (плитный) фундамент.

- ФМЗ изготовляют из следующих матреиалов:

• железобетон • бетон • бутобетон • каменные материалы (кирпич, бут, пиленные блоки из природных камней) • в отдельных случаях (временные здания) допускается применение дерева или металла.





Железобетон и бетон – основные конструкционные материалы для фундаментов.

Бутовый камень, кирпич и каменные блоки используются для устройства фундаментов, работающих на сжатие и для возведения стен подвалов.

Бутобетон и бетон целесообразно применять при устройстве фундаментов, возводимых в отрываемых полостях или траншеях при их бетонировании в распор со стенками.

Железобетон и бетон можно применять при устройстве всех видов монолитных и сборных фундаментов в различных ИГУ, т.к. они обладают достаточной морозостойкостью, прочностью на сжатие (а для железобетона и на растяжение действие моментов).

1.2. Конструкции фундаментов мелкого заложения 1.2. а. Отдельные фундаменты Могут выполняться в монолитном или сборном варианте.

Представляют собой кирпичные, каменные, бетонные или железобетонные столбы с уширенной опорной частью.

- Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще, уширяются к подошве уступами, размеры которых определяются углом жесткости (30-40), т.е. предельным углом наклона, при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения.

Рис 10.3. Конструкция жесткого фундамента:

а – с наклонными боковыми гранями;

б – уширяющийся к подошве уступами.

- Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (фундаменты стаканного типа), монолитных колонн – соединением арматуры колонн с выпуском из фундамента, а стальных колонн – креплением башмака колонны к анкерным болтом, забетонированным.

Рис 10.4. Сборный фундамент под колонну:

а – из нескольких элементов;

б – из одного элемента;

1 – фундаментные плиты;

2 – подколонник;

3 – рандбалка;

4 – бетонные столбики;

5 – монтажные петли.

- Размеры в плане подошвы, ступеней и подколонника монолитных фундаментов принимаются кратным 300 мм, а высота ступеней - кратной 150 мм.

- При устройстве отдельных фундаментов под стены по обрезу фундаментов, а при необходимости и через дополнительные опоры, укладываются фундаментные балки (рандбалки), на которые упираются подземные конструкции (рис 10.4.а).

- В тех случаях, когда это возможно, сборный фундамент устраивают из одного элемента (рис 10.4.б) или переходят на монолитный вариант фундамента.

- с целью сокращения трудоемкости работ по устройству фундаментов и уменьшению их стоимости создаются новые типы фундаментов, которые в соответствующих грунтовых условиях оказываются более экономичными по сравнению с традиционными типами.

Рис 10.5. Буробетонные (а), щелевые (б) и анкерные (в) фундаменты:

1 – колонна;

2 – арматурный каркас;

3 - фундамент;

4 – подколонник;

5 – плитная часть;

6 – бетонные пластины;

7 – анкеры (буронабивные сваи) d=15-20см, l=3-4м.

1.2. б. Ленточные фундаменты • Под стены: также устраивают либо из сборных блоков, либо монолитными.

Рис 10.6. Ленточные фундаменты:

а – монолитный;

б – сборный сплошной;

в – сборный прерывистый;

1 – армированная лента;

2 – фундаментная стена;

3 - стена здания;

4 – фундаментная подушка;

5 – стеновой блок.

- Чтобы уменьшить объем железобетона в теле фундамента, иногда применяют ребристые железобетонные блоки или плиты с угловыми вырезами (рис 10.7).

Рис 10.7. Конструкции фундаментных плит:

а – сплошная;

б – ребристая;

в – с угловыми вырезами.

- Фундаментные стеновые блоки (ФБС) изготовляют из тяжелого бетона, керамзитобетона или плотного силикатного бетона. Ширина блоков принимают равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее см.

Надземные стены не должны выступать над фундаментными более чем на см.

Высота типовых стеновых блоков составляет 280 или 580 мм (20 на цементный шов).

- Для повышения жесткости сооружения (выравнивания осадок, антисейсмические мероприятия и т.п.) сборные фундаменты усиливают армированными швами или железобетонными поясами, устроенных поверх фундаментных плит или последнего ряда стеновых блоков по всему периметру здания на одном уровне.

• Под колонны: устраивают в виде одиночных или перекрестных лент и выполняют, как правило, в монолитном варианте из железобетона. Возможно их устройство и в сборном варианте в виде отдельных блоков, соединяемых между собой с последующим омоноличиванием стыков.

1.2. в. Сплошные фундаменты Выполняются, как правило, из монолитного железобетона.

- По конструктивным особенностям различают:

• Плитные (гладкие, ребристые);

• Коробчатые.

(см. рис.10.8) Рис 10.8. Сплошные фундаменты:

а – гладкая плита со сборными стаканами;

б – гладкая плита с монолитными стаканами;

в – ребристая плита;

г – плита коробчатого сечения.

- Толщину плиты определяют расчетом на моментные нагрузки (от изгиба в двух взаимно перпендикулярных направлениях) и исходя из расчета на продавливание в местах опирания колонн.

- Опирание колонн осуществляется через сборные и монолитные стаканы, ребристые плиты соединяются с колоннами с помощью монолитных стаканов или выпусков арматуры.

1.2. г. Массивные фундаменты Выполняются в монолитном варианте.

С целью сокращения объема бетона в тело массивного фундамента закладывают пустообразователи.

При передаче на такой фундамент больших моментов (мачты, дымовые трубы и т.п.) целесообразно его усиление анкерами, что позволяет повысить устойчивость сооружения, уменьшить его размеры и массу.

Рис 10.9. Массивный фундамент с пустообразователями:

1 – фундамент;

2 – пустообразователи.

1.3. Расчет фундаментов мелкого заложения Расчет ФМЗ начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров (это глубина заложения фундамента и размер его подошвы).

Далее производят расчет по двум предельным состояниям:

I – Расчет по прочности (устойчивость) II – Расчет по деформациям, которые являются основным и обязательным для всех ФМЗ.

А расчет по I группе предельных состояний является дополнительным и производится в одном из следующих случаев:

Сооружение расположено на откосе (склоне) или вблизи него;

На основание передаются значительные по величине горизонтальные нагрузки;

В основании залегают очень слабые грунты (или текучие и текучепластичные глинистые грунты и т.п.), обладающие малому сопротивлению сдвигу;

В основании залегают наоборот, очень прочные – скальные грунты.

Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум группам предельного состояния, переходят к его конструированию (курс ЖБК).

1.3.а. Определение глубины заложения фундамента Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения. Однако при выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться целым рядом факторов:

Геологическое строение участка и его гидрогеология (наличие воды);

Глубина сезонного промерзания грунта;

Конструктивные особенности здания, включая наличие подвала, глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов.

1. Учет ИГУ строительной площадки заключается в выборе несущего слоя грунта. Этот выбор производится на основе предварительной оценки прочности и сжимаемости грунтов. По геологическим разрезам. Все многообразие напластования грунта можно представить в виде трех схем:

Рис 10.10. Схемы напластований грунтов с вариантами устройства фундаментов:

1 – нормальный грунт;

2 – более прочный грунт;

3 – слабый грунт;

4 – песчаная подушка;

5 – зона закрепления грунта.

При выборе типа и глубины заложения фундамента придерживаются следующих общих правил:

Минимальная глубина заложения фундамента принимается не менее 0,5 мот планировочной отметки;

Глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 10-15 см;

По возможности закладывать фундаменты выше УГВ для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ;

В слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью.

Если это условие невыполнимо, то размеры фундаментов выбираются главным образом из условия выравнивания осадок.

2. Глубина сезонного промерзания грунта.

Проблема заключается в том, что многие водонасыщенные глинистые грунты обладают пучинистыми свойствами, т.е. увеличивают свой объем при замерзании, за счет образования в них прослоек льда. Замерзание сопровождается подсосом грунтовой воды из ниже лежащих слоев.за счет чего толщина прослоек льда еще более увеличивается. Это приводит к возникновению сил пучения по подошве фундамента. Которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому их увлажнению, снижению их несущей способности и просадкам сооружения.

Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и глинистые частицы. К непучинистым грунтам относят: крупнообломочный грунт с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания (в любых условиях).

d df силы морозного пучения Рис. Схема морозного пучения основания df – глубина сезонного промерзания грунтов.

Если ddf – фундамент поднимается.

Надо пройти мощность промерзания грунта и заложить фундамент на большую глубину (в Подмосковье это 1,4 м). ddf Для малых зданий (дачные постройки) настоящий бич – боковые силы пучения грунта:

d f = Kh dfn Kh – коэффициент, учитывающий тепловой режим подвала здания.

dfn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта d fn = do Mt Mt – коэффициент, численно равный абсолютных значений (-) температур за зиму в данном районе.

do– коэффициент, учитывающий тип грунта под подошвой фундамента.

3. Конструктивные особенности сооружения.

Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения, влияющими на глубину заложения его фундамента, являются:

Наличие и размеры подвальных помещений, приямков или фундаментов под оборудование;

Глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений;

Наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструкций самого фундамента.

Глубина заложения фундамента принимается на 0,2-0,5 м ниже отметки пола подвала (или заглубленного помещения), т.е. на высоту фундаментного блока.

Фундаменты сооружения или его отсека стремятся закладывать на одном уровне.

Рис. 10.11. Выбор глубины заложения фундамента в зависимости от конструктивных особенностей сооружения:

а – здание с подвалом в разных уровнях и приямком;

б – изменение глубины заложения ленточного фундамента;

1 – фундаментные плиты;

2 – приямок;

3 – трубопровод;

4 – стена здания;

5 – подвал;

6 – ввод трубопровода;

7 – стеновые блоки.

В других случаях, разность отметок заложения расположенных рядом фундаментов (h) не должна превышать:

cI ) h a (tgI + P a – расстояние в свету между фундаментами;

p – среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента.

Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать на одном уровне, либо проведение специальных мероприятий (шпунтовые стены).

Ввод коммуникаций (трубы водопровода, канализации) должен быть заложен выше подошвы фундамента.

труба труба Рис. Схема неправильного и правильного ввода коммуникаций При этом условии трубы не подвержены дополнительному давлению от фундамента, а фундаменты не опираются на насыпной грунт траншей, вырытых для прокладки труб. Кроме того, при необходимости замены труб не будут нарушены грунты основания.

1.3.б Форма и размер подошвы фундамента Форма бывает любая (круглая, кольцевая, многоугольная, квадратная, прямоугольная, ленточная, табровая, крестообразная и более сложная форма), но, как правило, она повторяет форму опирающейся на нее конструкцию.

Площадь подошвы предварительно может быть определена из условия:

PII R, где PII – среднее давление под подошвой фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям;

R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле СНиП.

Рис. 10.12. Расчетная схема центрально нагруженного фундамента.

Реактивная эпюра отпора грунта при расчете жестких фундаментов принимается прямоугольной. Тогда из уравнения равновесия:

NII + Gf + Gg = A Ro Сложность в том, что обе части выражения содержат искомые геометрические размеры фундамента. Но в предварительных расчетах вес грунта и фундамента в ABCD заменяют приближенно на:

Gf + Gg = m d A, где m – среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах;

m=20 кН/м3;

d – глубина заложения фундамента, м.

NII NII + m A d = A Ro A = - необходимая площадь подошвы Ro m d фундамента.

Тогда ширина подошвы (b):

а) в случае ленточного фундамента;

A=b·1п.м.:

NII b= Ro m d б) в случае столбчатого квадратного фундамента;

A=b2:

NII b= R o m d в) в случае столбчатого прямоугольного фундамента:

b l l = n - задаемся отношением длины фундамента (l) к его ширине (b) (т.к.

b фундамент повторяет очертание опирающейся на него конструкции).

A Отсюда: l = nb A = lb = nb 2 b = n в) в случае столбчатого круглого фундамента:

b = D – диаметр фундамента.

D 2 A A= D= После предварительного подбора ширины подошвы фундамента b=f(Ro) необходимо уточнить расчетное сопротивление грунта – R=f(b,, c, d, ).

Зная точное R. Снова определяют b. Действия повторяют, пока два выражения не будут давать одинаковые значения для R и b.

После того. Как был подобран размер фундамента с учетом модульности и унификации конструкций проверяют действительное давление на грунт по подошве фундамента.

Pнач, кр R Pпред, кр P фаза фаза уплотнения P сдвигов b 0.25b yz s Рис.

NII + Gf + Gg PII = R A Чем ближе значение PII к R, тем более экономичное решение.

Этой проверкой мы проверяем возможность расчета по линейной теории деформации грунта.

Если условие не соблюдается, тогда расчет необходимо вести по нелинейной теории, что значительно его осложняет.

1.3.в. Внецентренно нагруженные фундаменты Это такие фундаменты, у которых равнодействующая внешних нагрузок (сил) не проходит через центр тяжести его подошвы.

Давление на грунт по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимается изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения определяются по формулам внецентренного сжатия.

NII M Pmax = ± AW min b 2l Учитывая, что A = l b;

W = ;

M = NII l, Приходим к более удобному для расчета виду:

NII 6e Pmax = (1 ± ), где A b min NII – суммарная вертикальная нагрузка, включая Gf и Gg;

e – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b – размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

Рис. 10.13. Эпюры давлений под подошвой фундамента при действии внецентренной нагрузки.

Двузначную эпюру стараются не допускать, т.к. в этом случае образуется отрыв фундамента от грунта.

Поскольку в случае действия внецентренного нагружения максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента давление допускается принимать на 20% больше расчетного сопротивления грунта, т.е.

NII P max 1,2 R, но Pcp = R A В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих осей фундамента (рис 10.14), давление под ее угловыми точками находят по формуле:

NII 6ex 6ey c Pmax = (1 ± ± ) A l b min Рис. 10.14. внецентренное загружение фундамента относительно двух глвных осей инерции:

а – смещение равнодействующих внешних сил;

б – устройство несимметричного фундамента.

Поскольку в этом случае максимальное давление будет только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение удовлетворяло условию:

c Pmax 1,5R, но при этом проверяются условия:

P R ;

P max 1,2 R - на наиболее нагруженной части.

1.3.г. Порядок расчета внеценренно нагруженного фундамента 1. Определяют размеры подошвы как для ценрально нагруженного фундамента.

NII ;

PR A= Ro m d 2. Для принятых размеров подошвы определяют краевые напряжения при внецентренном приложении нагрузки NII 6e Pmax = (1 ± ) A b min 3. Проверяется условие P max 1,2 R 4. Если равнодействующая сил смещена относительно обеих осей, тогда еще определяют краевые напряжения в угловых точках фундамента NII 6ex 6ey c Pmax = (1 ± ± ) A l b min c 5. Проверяют условие Pmax 1,5R 1.3.д. Проверка давления на слабый подстилающий слой грунта (проверка подстилающего слоя).

При наличии в сжимаемой толщи слабых грунтов необходимо проверить давление на них, чтобы убедиться в возможности применения при расчете основания (осадок) теории линейной деформативности грунтов.

Ro, кПа p сл.

Rz Z Рис.

Необходимо, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е.

Gzp + Gzg Rz, где Gzp и Gzg - дополнительное и природное вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента;

Rz – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя, определяют по формуле СНиП, как для условного фундамента шириной bz и глубиной заложения dz.

Все коэффициенты в формуле (c1, c2, k, Mq, Mg и т.д.) находят применительно к слою слабого грунта.

Gzg = (d + z ) ;

Gzp = po ;

po = p Gzg, o NII + Gf + Gg 2z l ;

= f( ;

) P= bb A Рис. 10.15. Расчетная схема к проверке давления на подстилающий слой слабого грунта.

Ширину условного фундамента bz назначают с учетом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять. Что давление Gzp действует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы будет составлять:

NII N II Gzp = Az =, где Az Gzp NII – вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента;

Az - для ленточного фундамента bz = 1n.m.

- для квадратного фундамента bz = Az - для условного прямоугольного фундамента bz = Az + a 2 a, (l b) a=, где l и b – размеры подошвы проектируемого фундамента.

Если проверка подстилающего слоя не выполняется, необходимо увеличить размер подошвы фундамента.

1.3.е. Расчет фундаментов на грунтовых (песчаных) подушках Если несущий слой грунта оказывается слабым, и его использование в качестве естественного основания оказывается невозможным или нецелесообразным, то приводят замену слабого грунта другим, обладающим высоким сопротивлением сдвигу и имеющим малую сжимаемость, который образует, так называемую, грунтовую подушку.

Рис. 12.1. Устройство песчаных подушек при малой (а) и большой (б) толще слабых грунтов:

1 – фундамент;

2 – слабый грунт;

3 – песчаная подушка;

4 – плотный подстилающий грунт.

• Подушки делают из:

Крупнообломочные грунты (гравий, щебень);

Пески крупные и средней крупности (удобнее и легче использовать);

Шлак;

В лессах – местный перемолотый грунт.

• Чаще всего грунтовые подушки имеют толщину 1…3 м (3м не целесообразно).

• Используют подушки: (см. рис.) При малой толще слабых грунтов - обыкновенная песчаная подушка;

При большой толще слабых грунтов - висячая песчаная подушка;

Такая форма песчаной подушки объясняется тем, что в ее зоне необходимо уместить все виды напряжений.

b z=1...3m bz Рис.

Пески: =30…35;

Гравий: =40…45.

Тогда bz = b + 2 z tg Подушки отсыпаются слоями по 10…15 см, с уплотнением каждого слоя до d = 16…16,5 кН/м3.

1.3.ж. Последовательность расчета фундамента на песчаной подушке 1. Задаемся характеристиками нового грунтового основания (т.е.

характеристиками песчаной подушки) =19 кН/м3;

=35;

с= 2. Определяют размеры подошвы фундамента как фундамента, стоящего на грунте с выше перечисленными характеристиками.

PR 3. Проверяем подстилающий слой Gzp + Gzg Rz Если это условие не выполняется, то увеличивают высоту висячей подушки.

4. Далее производится расчет деформаций основания. Совместная деформация песчаной подушки и подстилающего слоя S должна быть меньше Su.

S Su Если это условие не выполняется. То также увеличивают высоту висячей подушки (или размеры фундамента).

Применение песчаной подушки приводит к следующим положительным эффектам:

1) Поскольку модуль общей деформации песчаной подушки Е20 МПа, то их примение приводит к уменьшению осадок сооружения.

2) Поскольку песчаные подушки имеют большой коэффициент фильтрации (сильноводопроницаемы), то резко сокращается время консолидации основания.

3) Песчаные подушки устраиваются из непучинистых грунтов (материалов), поэтому есть возможность уменьшить глубину заложения фундамента d из условия учета глубины сезонного промерзания грунта df.

Стр 1.4 Защита фундаментов и заглубленных помещений от подземных вод и сырости Необходимость защиты фундаментов от подземных вод и сырости вызвана тем негативным воздействием, которое они оказывают на состояние строительных конструкций (появление на внутренней стороне стен сырости, плесени, отслоение краски, отсыпание штукатурки, ухудшение санитарных условий подвала за счет повышенной влажности;

сырость может по капиллярам конструкций распространиться и выше в нижние этажи зданий и т.д. и т.п.).

Три основные группы способов защиты заглубления помещений от вредного воздействия подземных вод и сырости:

Отвод дождевых и талых вод;

Устройство дренажей для осушения грунта;

Применение гидроизоляции.

Выбор способа защиты зависит от топографических, гидрогеологических условий, сезонного колебания УПВ, агрессивности вод, конструктивных особенностей заглубленных помещений.

1.4.а Отвод дождевых и талых вод 1. Вдоль наружных стен зданий обязательно устраивают отмостку с уклоном в сторону от сооружения.

i Рис. Схема отмостки 2. Осуществляется вертикальная планировка территории застройки (придание местности определенных уклонов).

3. Устройство системы водоотливных канав, ливневой канализации и т.п.

1.4.б. Дренаж Это система дрен и фильтров, которая служит для перехвата, сбора и отвода подземных вод от сооружения.

Дренажи могут устраиваться как для одного здания (кольцевой дренаж), так и для комплекса зданий (систематической дренаж), что более экономично, за счет меньшей протяженности.

Виды дренажей:

Траншейные;

Закрытые беструбчатые;

Закрытые трубчатые;

Галерейного типа;

Пластовый + пристенный.

1. Траншейные дренажи.

(открытые дренажи и канавы).

Рис. Схема траншейного дренажа Являясь эффективным средством водопонижения (отвода вод), они в тоже время занимают большие площади, осложняют устройство транспортных коммуникаций и требуют больших затрат для поддержания их в рабочем состоянии.

2. Закрытый беструбчатый дренаж – траншея, заполненная фильтрующим материалом (гравий, щебень, камень) от дна до уровня подземных вод (рис 14.12а) Предназначен для недолговременной эксплуатации (период пространства работ нулевого цикла).

Рис.14.12. Виды тренажей:

а - закрытый беструбчатый;

б – трубчатый совершенного типа;

в – трубчатый несовершенного типа;

г – дренажная галерея;

1 – дерн корнями вниз;

2 – уплотненная глина;

3 - дерн корнями вверх;

4 – обратная засыпка из метного песчаного грунта;

5 – щебень;

6 – каменная кладка;

7 – глинобетонная подушка;

8 – песок средней крупности;

– труба;

10 – водоупор;

11 – обделка из сборных железобетонных элементов;

12 – дренажная засыпка;

13 – отверстия для воды.

3. Трубчатый дренаж – дырчатая труба (перфорированная) с обсыпкой песчано-гравийной смесью или с фильтровым покрытием из волокнистого материала (рис 14.12.б,в).

4. Галерейный дренаж – применяют в ответственных сооружениях и там, где большой приток воды (рис 14.12. г).

5. Пластовый дренаж – слой фильтрующего материала, уложенный под всем сооружением (рис 14.13). Вода из него отводится с помощью обычных трубчатых дрен. Состоит, как правило, из двух слоев:

Нижний (h 100 мм) – песок средней крупности;

Верхний (h 150 мм) – щебень или гравий.

Рис. 14.13. Пластовый дренаж:

1 – уровень подземных вод;

2 – защищаемое заглубленное помещение;

3 – пристенный дренаж;

4 – песчаный слой;

5 – защитное покрытие щебеночного слоя;

6 – песчано гравийный или щебеночный слой;

7 – труба.

• Часто при защите отдельных зданий пластовый дренаж сочетается с пристенным (сопутствующим) дренажом – вертикальный слой из проницаемого материала, устраиваемый с наружной стороны фундамента и заглубляемый ниже его подошвы.

При неглубоком залегании водоупора и слоистом основании иногда достаточно устройства только одного пристенного дренажа.

• Собираемые воды отводятся и сбрасываются в водоемы, дождевую канализацию или другие специальные места.

Гидроизоляция предназначена для обеспечения водонепроницаемости сооружений (антифильтрационная гидроизоляция), а также защиты от коррозии и разрушения материалов фундаментов при физической или химической агрессивности подземных вод (антикоррозионная гидроизоляция).

1). Простейший случай – защита от капиллярной влаги.

На высоте 15-20 см от верха отмостки по выровненной горизонтальной поверхности стен устраивают непрерывную водонепроницаемую прослойку из 1…2 слоев рулонного материала на битумной мастике (рис.) Рис. 14.14. Изоляция стен от сырости и капиллярной влаги:

а – стена бесподвального здания;

б – стена подвального помещения;

1- цементный раствор или рулонный материал;

2 – обмазка битумом за два раза.

2). Если уровень грунтовых вод находится ниже пола подвала (рис.14.14 б), то для защиты фундаментов применяют изоляцию от сырости.

Для этого с наружной поверхности заглубленных стен осуществляется обмазка горячим битумом за 1…2 раза и прокладываются рулонная изоляция в стене на уровне ниже пола подвала.

3). Если УГВ выше отметки пола подвала, то гидроизоляцию осуществляют в виде сплошной оболочки, защищающей заглубленное помещение снизу и по бокам.

Выполняется из рулонных материалов с не гниющей основой (гидроизол, стеклорубероид, металлоизол, толь и т.п.) – оклеичная гидроизоляция.

- Вертикальная гидроизоляция наклеивается, как правило, с наружной стороны фундамента, т.к. в этом случае под действием напора подземных вод изоляция просто прижимается к изолируемой поверхности.

Для предохранения изоляции от механических воздействий (например, при обратной засыпки) снаружи ее ограждают защитной стенкой из кирпича, бетона или блоков (рис. 14.15.) Зазор между стенкой и гидроизоляцией заполняют жидким цементным раствором.

Рис. 14.15. Гидроизоляция подвальных помещений:

а – при небольших напорах подземных вод;

б, в – при больших напорах подземных вод;

1 – защитная стенка;

2 – уровень подземных вод;

3 – битумная обмазка;

4 – цементный раствор или рулонный материал;

5 – рулонная изоляция;

6 – защитный цементный слой;

7 – бетонная подготовка;

8 – цементная стяжка;

9 – железобетонное ребристое перекрытие;

10 – железобетонная коробчатая канструкция - Горизонтальная гидроизоляция наклеивается на выровненную цементной стяжкой поверхности подготовки и защищается сверху цементным или асфальтовым слоем t=3…5см.

• Гидростатической давление воды при УГВ до 0,5 м выше пола подвала компенсируются весом конструкции пола (рис. 14.15 а) • Если УГВ выше отметки пола подвала более чем на 0,5 м, то применяют специальные конструкции (заделанные в стены ж/б плиты, специальной плиты с упорами в стены здания и т.п.) – рис.14.15 б, в.

• В любом случае гидроизоляция должна устраиваться на высоту превышающую максимальную отметку УГВ на 0,5 м.

4). Защита от коррозии.

- При слабоагрессивных водах делают глиняный замок из хорошо перемятой и плотоноутрамбованной глины по всей высоте защитной стенки и с боков фундаментов (рис. 14.16) Рис. 14.16. Изоляция фундаментов от агрессивных подземных вод:

1 – глиняный замок из перемятой глины;

2 – обмазка битумом за три раза;

3 – защитная стенка;

4 – рулонная изоляция;

5 – чистый пол;

6 – железобетонное перекрытие;

7 – защитный слой;

8 – цементная стяжка;

9 – щебеночная или гравийная подготовка на битуме.

- При более агрессивных водах до устройства глиняного замка поверхность защитной стенки и фундаментов покрывают за 2 раза битумной мастикой или оклеичной изоляции из битумных рулонных материалов.

Снизу фундамента и под полом подвала изоляция имеет более сложную конструкцию (см. рис.) - На ряду с антикоррозионной изоляцией фундаменты защищают за счет применения более стойких к данному виду агрессивности цементов (сульфатостойкие и т.п.), а также плотных бетонов.

§2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ 2.1 Общие положения • Котлованами называют выемки различные по глубине, но с достаточно большими размерами в плане, устраиваемые в грунте и предназначенные для различных целей: устройство фундаментов, монтажа подземных конструкций и оборудования, прокладки туннелей и коммуникаций и т.п.

• Выемки, имеющие малую ширину и большую длину, называют траншеями, а имеющие малые размеры в плане и большую глубину – шахтами.

- Проект котлована является составной частью общего проекта здания или сооружения и включает в себя:

- чертеж котлована;

- указания по производству и организации работ;

- защитные мероприятия.

• Чертеж учитываются: в плане 1. возможность производства работ;

2. возможность устройства опалубки;

3. размещение крепления стенок котлована;

4. размещение водопонижающих установок;

5. глубина в основном определяется заложением фундамента (с учетом песчаной подушки, пласт. дренажа и т.п.) • Указывают:

- горизонтальную и вертикальную привязку котлована к местности;

- основные оси;

- размеры поверху и понизу;

- абсолютные отметки дня и заглублений;

- заложение откосов – i • Защитные мероприятия Их целью является сохранение природной структуры грунтов в основании возводимых фундаментов (т.е. дня котлована) и обеспечении устойчивости стенок котлована на все время производства строительных работ.

Необходимость сохранения природной структуры грунтов объясняется тем, что ее нарушение в процессе работ нулевого цикла сопровождается, как правило, ухудшением строительных свойств основания.

Требования по сохранению природной структуры основания:

- Не допускать скапливание на дне котлована воды (замачивания), т.к. оно ухудшает свойства грунтов предусматриваются специальные меры для защиты котлована от обводнения.

- Не допускать промерзания дна котлована в зимний период работ, т.к.

большинство в зимний период работ, т.к. большинство грунтов обладает пучинистыми свойствами. Для этого, дно котлована покрывают слоем шлака или другого аналогичного по свойствам материала.

- Не допускать механического воздействия на дно котлована. Для этого котлован механизированной техникой недокапывают на 20…30 см.

Оставшийся грунт аккуратно снимают лопатами.

- Устройство фундаментов необходимо выполнить по возможности быстрее, особенно в дождливый и зимний периоды строительства.

Требования к устойчивости стенок котлована.

- Конструкции крепления стенок или откосов котлованов должны воспринимать все нагрузки от давления грунта и подземных вод и защищать его от их оползания или обрушения.

- При разработке котлованов и траншей в непосредственной близости и ниже уровня заложения примыкающих сооружений необходимо принятие специальных мероприятий против развития осадок и деформаций близкорасположенных сооружений:

• это забивка шпунтовой стенки;

• закрепление грунтов основания;

• подводка нового фундамента.

2.2. Обеспечение устойчивости стенок котлованов В зависимости от глубины котлована, грунтовых условий и УГВ, котлованы устраивают либо с естественными откосами либо применяют те или иные методы их крепления.

2.2.а Котлованы с естественными откосами Устраивают в сухих и маловлажных устойчивых грунтах.

Если высота котлована hк5 м, то заложение откоса (отношение hк/b) определяется по таблицам в зависимости от вида грунта.

Если высота hк5 м, то необходим расчет крутизны откоса.

• Такие котлованы наиболее просты, однако при этом резко увеличивается объем земляных работ, особенно при глубоких котлованах. Кроме того в естественных условиях города отрывка котлована с естественным откосом далеко не всегда возможна (близко расположенные здания) 2.2.б Котлованы с вертикальными стенками могут быть:

- с креплением - без крепления Без крепления допускается только в сухих и маловлажных устойчивых грунтах на непродолжительный срок. Глубина таких котлованов не должна превышать:

• в песках до 0,5 м • в супесях до 1,0 м • в суглинках и глинах до 3х м Конструкции креплений котлованов выбирают в зависимости от следующих условий:

• глубина котлована;

• свойств грунтов;

• УГВ;

• срок службы крепления.

В зависимости от этих условий подбираются следующие конструкции крепления:

• закладные крепления;

• анкерные или подкосные крепления;

• шпунтовые ограждения.

2.2.в. Закладные крепления Устраивают при глубине котлована до 2…4 м в сухих и маловлажных грунтах (рис. 14.2 а, б). Закладное крепление состоит из стоек, распорок и горизонтальных досок (забирки), которые заводят за стойки снизу по мере углубления котлована или траншеи, а стойки постепенно заменяют на более длинные тщательно раскрепляя их распорками.

Рис. 14.2. Крепление вертикальных стенок выемок:

а, б – закладное;

в – анкерное;

г – подкосное;

1 – стойка;

2 – доски;

3 – распорка;

4 – свайка;

5 – стяжка;

6 - подкос Более удобное крепление не требующее замены стоек по мере заглубления выемки, состоит из предварительно забитых в грунт двутавровых стальных балок, за полки которых постепенно закладываются доски.

2.2.г. Анкерные и подкосные крепления Устраивают в тех случаях когда исключается возможность установки распорок (широкий котлован, так же если распорки мешают возведению фундамента).

Для устройства анкерных (рис. 14.2 в) креплений вдоль стенки котлована забивают наклонные свайки, которые соединяют анкерными тягами со стойками крепления.

В подкосном креплении (рис. 14.2 г) стенки удерживаются подкосами передающими сдвигающие усилия на упор, забиваемый у них основания.

2.2.д. Шпунтовые ограждения Служат для крепления вертикальных стен котлована при глубине более 4-х метров, а также при любой глубине, но при уровне подземных вод выше дна котлована.

Шпунтовые ограждения состоят из отдельных элементов (шпунтин), которые погружаются в грунт еще до отрывки котлована и образуют сплошную стену предотвращающую сползание грунта и проницание воду в котлован.

Рис. 14.3. Деревянное шпунтовое ограждение:

а – из досок;

б – из брусьев;

в – нижний конец деревянной шпунтины Шпунты могут выполняться из:

- дерева;

- стали;

- ж\б Деревянные шпунтовые ограждения применяют для крепления неглубоких котлованов (3…5 м) (рис. 14.3) может быть:

- дощатым (толщина до 8…10см) - брусчатым (t от 10 до 24 см) Рис. 14.4. Профили прокатного стального шпунта:

а – плоский;

б – корытный;

в – Z-образный Длина шпунтин определяется глубиной их погружения, но, как правило, не превышает 8 м, поскольку более длинный не дорогой и дефицитный.

Для полного смыкания шпунтин их снабжают гребнем или пазом, а нижний конец делают с односторонним заострением, за счет чего погружаемая шпунтина прижимается к уже погруженной, что делает стенку более плотной.

Дополнительному уплотнению соединения шпунтин способствует и постепенной разбухание древесины в воде.

Деревянное шпунтове ограждение отличает простота изготовления, однако есть ограничения его применения:

- невозможность забивки шпунтин в плотные грунты;

- небольшая длина шпунтин (6…8 м);

- и относительно малая прочность.

Металлический шпунт применяют при глубине более 5…6 м. За счет своей конструкции (рис. 14.4) он обладает большой прочностью и жесткостью.

Он состоит из прокатного профиля l=8…24 м.

- плоской;

- корытной;

} при больших изгибающих моментах - Z-образной формы Связь между шпунтинами по вертикали осуществляется при помощи «замков». Конструкция замков обеспечивает плотное и прочное соединение шпунтин между собой. Остающиеся зазоры в замках, быстро заливаются и металлическая шпунтовая стенка становится практически водонепроницаемой.

Железобетонный шпунт применяют при постройке набережных, причальных и гидротехнических сооружений, или в тех случаях когда шпунт в дальнейшем используются как часть конструкции.

Ж/б шпунт Сплошной ж/б ряд свай (забивных или буронабивных) Разрешенный ряд свай в глинистых грунтах.

Конструкции шпунтовых стенок:

- без креплений (консольные);

- с распорным креплением;

- с грунтовыми анкерами.

Рис. 14.5. Схемы шпунтовых ограждений:

а – консольное;

б – с распорным креплением;

в – с анкерным креплением;

1 – шпунтовая стенка;

– распорка;

3 – обвязка;

4 – анкерная свая;

5 – анкерная тяга.

Применение креплений распорного и анкерного типа увеличивает устойчивость шпунтовой стенки, уменьшает возникающие изгибающие моменты и ее горизонтальные смещения, что позволяет делать стенки более легкими.

2.2.е. Расчет шпунтовых ограждений - Шпунтовые стенки рассчитывают по первой группе предельных состояний;

- Подавляющее большинство методов основано на классической теории предельного равновесия грунтов (Ea, Eп, Eо) Рис. 14.6. Работа безанкерной шпунтовой стенки:

а – действующие силы;

б – фактическая эпюра давления грунта;

в – эпюра давления грунта, принятая в расчете;

1 – активное давление;

2 – пассивное давление;

3 – предельное активное давление;

4 – предельное пассивное давление.

Безанкерные шпунтовые стенки (рис. 14.6) Задача состоит в определении глубины ее забивки, усилий, действующих в стенках, и размеров поперечного сечения шпунта.

- Принимается, что под действием Ea, стенка стремится повернуться вокруг т.О, расположенной на некоторой глубине to ниже дна котлована - Устойчивость стенки обеспечивается вследствие уравновешенного активного и пассивного давления грунта с разных ее сторон.

- За счет перемещений и гибкости стенки получается довольно сложным криволинейная эпюра давлений грунта на стенку (рис. 14.6. б) - С целью упрощения расчета эта эпюра заменяется на более простую (рис.

14.6. в). После этого задача становится статически определимой с двумя неизвестными to и Eр’, которые находятся из уравнений равновесия.

равновесие момента относительно т. О Мт.о.=0 следовательно приводит к уравнению 3й степени относительно to;

to будучи определена, позволяет найти Eр’ из X=0 – уравнение равновесия горизонтальных сил.

- Поскольку полученная to определена из условия предельного состояния, для обеспечения запаса, ее увеличивают на величину t полная глубина заделки шпунтовой стенки t = t + t ;

t определяется из условия реализации обратного отпора грунта Eр’ ' Ep t = 2qt0 ( p a ) где qto – вертикальное давление грунта на глубине приложенной силы Eр’ р, а – коэффициент активного и пассивного давления грунта p = tg 2 45 + ;

a = tg 2 2 - На практике чаще всего составляется только одно уравнение моментов, не содержащее Eр’, и определяется to, а полная заделка шпунтовой стенки в грунт принимается равной t = 1.1t Анкерные шпунтовые стенки - В зависимости от жесткости стенки различают 3 расчетные схемы:

• свободно опертая стенка (схема Ю.К.Якоби) • заделанная стенка (схема Блюма-Ломейера) Рис. 14.7. Расчет заанкеренной стенки схеме Э.К.Якоби:

а – схема работы стенки;

б – расчетная схема Критерий жесткости шпунтовой стенки определяется отношением:

d av t dav – приведенная высота стенки 12 J d av = D J – момент инерции приведенного сечения стенки «М»

D – ширина шпунтины, м;

t – глубина заложения стенки, м.

d av - При 0.06 - стенка повышенной жесткости (ж/б стена или стенка из t буронабивных свай) ее следует рассчитывать по схеме «свободного опирания».

Свободно опертая стенка (схема Э. К. Якоби) - Расчет исходит из предположений, что в момент потери устойчивости стенка под действием сил активного давления грунта Ea, будет поворачиваться вокруг точки крепления анкера (рис. 14.7 а). При этом на дне котлована возникает выпор грунта и реакция массивного давления Упрощенная расчетная схема – рис.14.7. б - Необходимо найти:

- to,- длина заделки стенки;

- R - усилия в стенке и в анкере;

- подобрать сечение стенки и анкера.

• Приняв т.О (точка крепления анкера) – неподвижной to и R определяют из уравнений равновесия:

(L + t 0 ) = 2t М т.о = 0;

E p L + 0 2 E a 3 X = 0;

E p + R E a = За расчетное значение заделки принимают t = (1.15...1.2)t Заделанная стенка (схема Биома-Ломейера) или (метод упругой линии) • Расчет ведется в предположении, что нижний участок забитой части стенки полностью защемлен в грунте.

• Упрощенная диаграмма строится по аналогии т.О расположена на расстоянии 0,2to от нижнего конца стенки (рис. 14.8) • Задача статически неопределенна, т.к. содержит три неизвестные:

t ;

R;

Усилие в анкере;

и Eр Рис. 14.8. Расчет заанкерной стенки по схеме Блюма-Ломейера:

а – схема работы стенки;

б – расчетная схема.

Необходимо помимо уравнений равновесия добавочное условии – это равенство …угла поворота защемленного участка в месте заделки стенки, т.е.

в т. О - Решение ведется методом последовательных приближений.

1. Задаемся to - глубиной заделки, определяем t t = t 0 + t = t 0 + 0.2t 0 = 1.2t 2. Из уравнение равновесия находим R и Eр’ 3. Строим эпюру изгибающих моментов выше т.О 4. Путем двойного интегрирования составленного уравнения моментов получаем уравнение упругой линии стенки.

(Две постоянные интегрирования определяются из условия, что точка анкеровки и т.О являются неподвижными) 5. Из уравнения упругой линии стенки определяют угол ее поворота в т.О Если угол 0, то изменяем глубину to и производим действия п.п 1-5 заново.

6. Дальнейший расчет заключается в построении эпюры изгибающих моментов и определении Ммах, по которому проверяют сечение шпунта.

- Объем вычислений можно существенно сократить если использовать графоаналитический метод расчета, изложенный в справочнике проектировщика.

2.3 Защита котлованов от подтопления • Для защиты котлованов от подтопления используют следующие группы методов:

- водопонижение;

- противофильтрационные завесы;

- комбинация первых двух методов.

• Выбор той или иной группы методов зависит от:

- вида подземных вод;

- УПВ (УГВ);

- свойств грунтов;

- особенностей их напластования;

- глубины, размеров и формы котлована в плане;

- других факторов.

• Во всех случаях, какой бы способ мы не выбрали, необходимо исключить нарушение природной структуры грунта в основании, обеспечить устойчивость откосов котлована и сохранность близко расположенных зданий.

Водопонижение осуществляется с помощью:

- глубинного водопонижения;

- открытого водоотлива 1. Открытый водоотлив – наиболее простой способ. Воду откачивают насосами непосредственно из котлована. А точнее из устраиваемой на дне котлована сети канавок глубиной 0,3…0,6 м, по которым вода отводится в приямок (зумпф), откуда она и откачивается систематически насосами.

- Открытый водоотлив применяют только в малоразмываемых грунтах и породах (трещиноватые скальные породы, галька, гравий, крупные пески), а также там, где мало прямого поступления воды.

2. Глубинное водопонижение исключает просачивание подземных вод через откосы и дно котлована. Он заключается в искусственном понижении УГВ в районе котлована.

Осуществляется с помощью:

- иглофильтров;

либо - откачной воды из глубинных трубчатых колодцев (в случае большого притока воды).

Рис.14.9. Схемы глубинного водопонижения:

а – одноярусное расположение иглофиьлтров;

б – то же, многоярусное;

1 – насосная станция;

2 – гибкие шланги;

3 – коллектор;

4 – иглофильтры;

5 – депрессионная воронка Иглофильтр состоит из стальной трубы d=38…50 мм, нижнем конце имеется фильтрующее устройство, через которое производится всасывание и откачка воды. Фильтр сконструирован так, что обеспечивается невозможностью выноса частиц.

Возникающее при движении воды (от дна котлована к ИФУ) рис. 14.9 а, гидродинамическое давление способствует уплотнению грунтов а … улучшению их структурных свойств.

• Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) служат для понижения уровня подземных вод на глубину 4…5 м в песках. При больших глубинах иглофильтры располагают в несколько ярусов (рис. 14.9. б) или применяют специальные эжекторные иглофильтры (водоструйные насосы, создающие разрежение окло фильтрующего элемента, что способствует увеличению всасывания), позволяющее понизить УГВ на глубину до 25 м.

- ЛИУ применяют в песках крупной, средней крупности и мелких - Эжекторные иглофильтры, как более мощные применяют в пылеватых песках и супесях с kф0,1 м/сут.

- при грунтах с kф0,1 м/сут используют специальные методы водопонижения:

вакуумирование;

электроосушение.

Вакуумирование:

У вакуумных скважин устья герметизируются специальными тампонами. Из скважин откачивается вода и воздух, создается зона вакуума, за счет чего приток воду увеличивается.

Позволяет откачивать воду при 0,01 kф0,1 м/сут и до 20 м глубиной.

Электроосушение (электроосмотическое водопонижение) Применяют в глинистых грунтах с низкой водоотдачей Этот способ основан на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под действием постоянного тока (электроосмос).

Стежки и иглофильтры размещают по периметру котлована в шахматном порядке (рис. 14.10) На них подают напряжение U=30…60В.

Вода под действием тока перемещается от анода «+» к катоду «-», грунтовая вода поступает в иглофильтр и откачивается всасывающим насосом.

Понижение воды возможно до 20 м.

За счет электроосмоса kф резко увеличивается (в десятки, а то и в сотни раз), но требуется соблюдение соответствующих правил техники безопасности.

Рис. 14.10. Схема электроосмотического водопонижения:

1 – иглофильтр катод;

2 – металлический стержень-анод;

3 – коллектор;

4 – депрессионная кривая Создание противофильтрационных завес.

Используют:

• замораживание (естественное искусственное);

• битумизация;

• шпунтовое ограждение Замораживание – используется свойство влажных грунтов переходить в твердое состояние при замерзании.

Рис. 14.11. Схема защиты котлована от затопления подземными водами при помощи замораживания:

1 – водоносный слой грунта;

2 – водоупорный слой грунта;

3 – замораживающая колонка;

4 – цилиндр мерзлого грунта.

- Естественное замораживание Котлован вскрывают до УГВ, дают грунту промерзнуть на глубину 20…30см. Затем срезают верхний слой, оставляя 10…15 см. нетронутого мерзлого грунта. По мере промерзания грунта эту операцию повторяют до тех пор пока не будет достигнута проектная отметка дна котлована. За счет большой продолжительности Метод эффективен в географических зонах с соответствующим климатом.

- Искусственное замораживание (рис. 14.11) Применяют при разработке значительных по объему котлованов в водонасыщенном грунте.

Способ заключатся в создании по периметру котлована льдогрунтовой стенки (до водоупора) t=-15…-20С.

За счет циркуляции раствора амиака по нагруженным с шагом 0,9…1,5 м в грунт трубам, образуется цилиндры мерзлого грунта, которые смыкаются между собой, образуя сплошную защитную стенку.

Толщина стенки замороженного грунта зависит от ее назначения:

- от притока подземных вод достаточно иметь толщину 10…15 см;

- как ограждение котлована – расчетом Работа по замораживанию проводятся в 2 этапа.

1 этап – активное замораживание (40…70 суток) – грунт замораживают 2 этап – пассивное замораживание – поддержание грунта в замороженном состоянии в течении периода производства работ в котловане.

Следует строго следить за вертикальностью заглубления инжекторов.

Недостаток: В пылевато-глинистых грунтах происходи морозное пучение – поднятие поверхности грунта с сооружениями, находящимися в зоне влияния. Еще хуже в процессе отстаивания, т.к. сжимаемость такого грунта увеличивается, а прочность уменьшается.

Битумизация заключается в подаче (нагнетание) в грунт, обладающий трещиноватостью (скальные трещиноватые породы) с большим притоком воды, разогретого до жидкого состояния битума. За счет чего, образуется сплошная водонепроницаемая стенка.

Наряду с нагнетанием битума используют цементный раствор, или синтетические смолы.

Нагнетание в грунт какого-либо материала с целью устранения его водопроницаемости называется тампонажем.

§3 ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ОСНОВАНИЙ (ГРУНТОВ) 3.1 Общие положения За последние годы наблюдается неуклонное увеличение объема строительства в сложных ИГУ. Все чаще для строительства используются площадки, сложенные слабыми грунтами – иглами, рыхлыми песками, заторфованными отложениями.

Особую проблему составляют т.н. региональные грунты, обладающие специфическими свойствами это:

- вечномерзлые грунты;

- лессовые просадочные грунты;

- набухающие;

- засоленные грунты;

- озерно-ледниковые отложения Давайте краток рассмотрим их специфические свойства:

Особое место занимают насыпные грунты – это толщи разнородных отложений, сформировавшееся в результате техногенной деятельности человека, а также создаваемые целенаправленно отсыпкой или намывом.

Насыпные грунты очень разнообразны и использовать их в качестве основания следует с очень большой осторожностью.

• Многие их этих (указанных) грунтов в природном состоянии имеют невысокую несущую способность и повышенную сжимаемость. Для других характерно существенное ухудшение механических свойств при определенных воздействиях (например, замачивание лессовых грунтов под нагрузкой, оттаивание мерзлых грунтов, рассоление засоленных грунтов и т.д.) • Недооценка этих явлений может привести к значительным деформациям основания к его просадкам и даже к потере устойчивости основания.

Учет этих явлений подразумевает улучшение строительных свойств таких грунтов многочисленными способами направленного воздействия.

Меры преобразования строительных свойств основания можно разделить на три группы:

1. – Конструктивные методы, которые не улучшают свойства самих грунтов, а создают более благоприятные условия работы их как оснований за счет регулирования напряженного состояния и условий деформирования, когда их отрицательные свойства не могут проявиться;

2. – Уплотнение грунтов, осуществляется различными способами и направлено на уменьшение пористости грунтов, создание более плотной упаковки минеральных агрегатов;

3. – Закрепление грунтов, заключающееся в образовании прочных искусственных структурных связей между минеральными частицами.

• Выбор метода преобразования структурных свойств грунтов зависит от:

- типа грунта (его физических свойств);

- характеристика напластований;

- особенности будущего сооружения, т.е. интенсивности передаваемых им нагрузок;

- решаемых инженерных задач;

- технологических возможностей строительной организации.

* Специфические свойства региональных грунтов 1. Илы: образовались в результате выпадения в осадок мельчайших частиц породы. Илистые грунты всегда находятся в водонасыщенном состоянии Sr~1. В таком грунте имеются (преобладают) водно – коллоидные связи;

– кристализационные связи;

2. Лессовый грунт: это тот же ил, но в высушенном состоянии (просадочные грунты). Рыхлая структура – теже структурные связи, но нет воды.

3. Вечномерзлый грунт, свойства этих грунтов существенно зависят от их температуры. При ее увеличении, т.е. оттаивании, также грунты дают (также как лесс) мгновенную просадку, а при промораживании наблюдается морозное пучение строительство на таких гуртах ведется специальными методами:

- либо сохранение весной мерзлоты;

- либо специального оттаивания и уплотнения - либо применение специаьных схем зданий не боящихся осадок;

4. Заторфованные грунты – грунты, содержащие от 30 до 60 % органический веществ, эти грунты обладают малой прочностью, и большой а главное неравномерной сжимаемостью.

В погребенном торфе можно строить, но не в коем случае не дорывать до торфа (гниение) и проверяется несущая способность (подстилающий торфяной слой) 5. Набухающие глины – увеличивают свой объем при замачивании.

6. Засоленные грунты - при засолении резко снижают свою прочность и увеличивают сжимаемость (в местах где возникает постоянная фильтрация воды следует вымывание соли) 7. Озерно-ледниковые отложения (ленточные глины) Исторический процесс их образования выглядит следующим образом:

водный поток несет крупные частицы и они выпадают в осадок. Вода останавливается и выпадают мелкие частицы и т.д.


глинистые прослойки водонасыщенны за счет такой структуры (глинистых прослоек) они очень хорошо пропускают воду в горизонтальном направлении, а в вертикальном kф достаточно мал.

Если ленточные глины перемять, то они переходят в текуче- пластичное состояние, за счет освобождения воды из глинистых прослоек.

3.2 Конструктивные мероприятия • Замена грунта основания (грунтовые подушки) • Шпунтовые ограждения • Армирование грунтов • Боковые пригрузки 3.2.а. Грунтовые подушки Если в основании залегают слабые грунты и их использование оказывается невозможным или нецелесообразным, то возможно экономичной может оказаться замена слабого грунта другим, т.е. применяют т.н. грунтовые подушки.

Все основные выкладки, расчеты и замечания касательно применения и проектирования грунтовых (песчаных) подушек см. ранее стр. 3.2.б. Шпунтовые конструкции используются для улучшения условий работы грунтов как ограждающие элементы в основания сооружений Шпунт погружают через толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт. И на песчаной подсыпке (дренирующий слой) в сопряжении со шпунтовым ограждением устраивается сооружение.

Такое технической решение исключает возможность выпирания грунта в сторону из-под фундамента, т.е. увеличивает его несущую способность, за счет того, что грунт приводит к уменьшению осадок.

Рис. 12.2. Усиление основания с помощью шпунтового ограждения:

1 – фундамент;

2 – слабый грунт;

3 – шпунтовое ограждение;

4 – плотный грунт;

5 – песчаная подушка (дренирующий слой) Рис. 12.3. Армировании грунта в искусственном основании фундамента (а), при устройстве насыпи (б), при воздействии засыпок (в):

1 – фундамент;

2 – армирующие элементы;

3 – песчаная подушка;

4 – насыпь;

5 – подпорная стенка;

6 – призма обрушения.

3.2.в. Армирование грунта Метод армирования грунта заключается в введении в него специальных, армирующих элементов, уменьшающих его сжимаемость и увеличивающих его прочность. Армирование производится в виде лент или сплошных матов, выполненных из геотекстиля. Реже используется металлическая арматура (см. рис. 12.2). Армирующие элементы должны обладать достаточной прочностью и обеспечивать необходимое зацепление с грунтом, для чего их поверхность делается шероховатой.

3.2.г. Боковые пригрузки Устройством пригрузок основания и низовой части откосов можно повысить устойчивость откосов, а также основание грунта под ее подошвой. Пригрузки выполняются из крупнообломочных или песчаных грунтов Рис. 12.4. Увеличение устойчивости насыпи на слабых грунтах методом боковой пригрузки:

1 – слабый грунт;

2 – боковая пригрузка;

3 – насыпь.

3.3. Уплотнение грунтов Методы уплотнения грунтов подразделяют на:

- поверхностные, когда уплотняющие воздействия прикладываются на поверхности и приводят к уплотнению сравнительно небольшой толщи грунтов - глубинные, когда уплотняющие воздействия передаются значительные по глубине участки грунтового массива.

Поверхностное уплотнение производится • укаткой;

• трамбовкой;

• вибрационными механизмами (виброуплотнением) • подводными взрывами;

• вытрамбовыванием котлованов.

К методам глубинного уплотнения относят • устройство песчаных, грунтовых и известковых свай • глубинное виброуплотнение • уплотнение статической пригрузкой в сочетании с устройством вертикального дренажа • водопонижение • глубинные(камуфлетные взрывы зарядов ВВ или электровзрывы) Любые уплотнение можно производить только до определенного предела (до отказа), после достижения которого дальнейшее воздействие не производят к заметному уплотнению На рис. 12.5 приведены графики иллюстрирующие процесс уплотнения грунта при цилиндрических уплотняющих воздействиях (укатке, трамбовке) Уплотняемость грунтов, в значительной степени зависит от их влажности и определяется максимальной плотностью скелета уплотняемого грунта d. max и относительной влажностью Wопт Рис. 12.6. Зависимость плотности скелета уплотняемого грунта от влажности при стандартном уплотнении Рис. 12.5. Понижение уплотняемой поверхности в зависимости от числа ударов (проходов):

а - от общего числа ударов;

б - от каждых двух ударов;

1 - точка уплотнения до отказа Оптимальная влажность – влажность соответствующая наилучшему уплотнению грунта. Она определяется в приборе стандартного уплотнения (прибор Проктора) 3.3.а. Укатка и вибрирование Уплотнение укаткой производится самоходными и прицепными катками на пневматическом ходу, гружеными скреперами, автомашинами, тракторами. Помимо укатки используют виброкатки и самопередвигающиеся вибромашины. Укаткам можно уплотнить грунты только на очень небольшую глубину, поэтому этот метод в основном применятся при послойном возведении грунтовых подушек, планировочных насыпей, земляных сооружений, при подсыпке оснований под полы. Уплотнение достигается многократной проходкой уплотняющих механизмов. Влажность грунтов при этом должна соответствовать оптимальной.

За уплотненную зону hсom принимают толщу грунта, в пределах которой плотность скелета грунта d не ниже заданного в проекте или допустимого её минимального значения. Уплотнение оптимальной толщины уплотняемого слоя грунта и числа проходов используемых механизмов производится на основании опытных работ.

Мощность уплотняемого слоя hcom Метод Каток 0.1...0.25м 0.2...0.35м 0.2...0.35м Виброплита При ограниченном фронте работ 0.5...0.7м 3.3.б. Трамбовка -Ручные легкие трамбовки (при ограниченном фронте работ) -Тяжелые трамбовки hcom =10...15cм Рис. Ручные легкие трамбовки Трамбовка вес 2-15тонн h=5...10м Сталь. лист (8...20мм) Рис. Тяжелые трамбовки Тяжелая трамбовка изготавливается из ж/б и имеет в плане форму круга или многоугольника (8 сторон). Применяется для уплотнения всех видов грунтов в природном залегании (пылевато-глинистых при Sr0,7), а также искусственных оснований и насыпей.

Рис. 12.7. Схема поверхностного уплотнения грунта тяжелой трамбовкой.

1-уплотняемая полоса;

2-полоса перекрытия;

3-уплотняемая полоса;

4-место стоянки экскаватора;

5-ось проходки экскаватора;

6-трамбовка.

N (число ударов) по одному следу h=соnst h отказ h (для глин: 1...2см для песков: 0,5...1,0см) разница осадок h (мм) N (число ударов) Smax общая осадка S мм hcom k c d тр kc - коэффициент d тр - диаметр трамбовки Пески, супеси: kc =1, Суглинки, глины: kc =1, Имеется опыт применения сверхтяжелых трамбовок весом 40т, сбрасываемых с высоты до 40м.

Часто уплотнение производится до определенной степени плотности, выражаемой через коэффициент уплотнения kcom, равный отношению заданного или фактически полученного значения плотности скелета уплотненного грунта d,com к его максимальному значению по стандартному уплотнению d,com, т.е. kcom = d,com / d,max.

При этом kcom принимают 0,92…0, Трамбование производится с перекрытием следов (рис.12.7) 3.3.в. Подводные взрывы применяются для уплотнения рыхлых песчаных грунтов или макропористых просадочных. Наибольший эффект при Sr=0,7…0, Обваловка 1,0м h 1,5м h 1,5м 0,3м...0,4м Сетка 0,8*0,8...1,2*1,2м заряды ВВ Рис. Схема уплотнения рыхлых песчаных грунтов подводными взрывами За счет энергии взрыва уплотнение происходит примерно на h=0,3…0,5(м), hобщ=1…4(м).

Суть метода заключается в использовании энергии взрыва, производимого в водной среде, для разрушения структуры и уплотнения грунтов.

Водная среда, с одной стороны, обеспечивает более равномерное распределение уплотняющего взрывного воздействия по поверхности грунта, с другой стороны – гасит энергию взрыва, направленную вверх.

3.3.г. Вытрамбовывание котлованов Метод заключается в образовании в грунтовом массиве полости путем сбрасывания в одно и то же место трамбовки, имеющей форму будущего фундамента. Затем полость заполняется бетонной смесью.

Метод эффективен тем, что во время вытрамбовывания, грунт вокруг образуемой полости уплотняется, за счет чего увеличивается несущая способность основания и снижается деформируемость, а сооружение монолитной фундаментной конструкции не требует применения опалубки.

Рис. 12.8. Схемы устройства методом вытрамбовывания котлованов фундаментов с плоской подошвой (а), с заостренной подошвой обычного типа (б) и с уширенным основанием (в):

1 – стакан для установки колонны;

2 – фундамент;

3 – зона уплотнения;

4 – втрамбованный жесткий грунтовый материал Вытрамбовывание выполняют путем сбрасывания трамбовки весом 1,5…10т (до 15т) по направляющей мачте с высоты 3…8(м) в одно место.

(10…20 ударов) Трамбовку изготавливают из листовой стали толщиной 8…10(мм) в форме будущего фундамента и заполняют ее бетоном до заданной массы.

Такой способ устройства фундаментов позволяет сократить объем земляных работ в 3…5 раз, практически полностью исключить опалубочные работы, снизить расход бетона в 2…3 раза, металла в 1,5…4 раза, а стоимость и трудоемкость уменьшить в 2…3 раза.

d, max = 16,5...17,5(кН / м 3 ) 3.3.д. Песчаные сваи применяются для уплотнения сильно сжимаемых пылевато-глинистых грунтов, рыхлых песков, заторфованных грунтов на глубину до 18…20(м).

(см. рис. 12.9) Рис.12.9. Схема устройства песчаных свай:

а – погружение обсадной трубы;

б – извлечение обсадной трубы и засыпка скважины песком;

в – схема песчаной сваи;

1 – обсадная труба;

2 – самораскрывающийся наконечник;

3 – песчаная свая;

4 – зона уплотнения Применяется также метод « свая в сваю». Суть его заключается в том, что после того, как инвентарная труба извлечена из грунта, створки наконечника закрывают, и труба повторно погружается в тело уже устроенной сваи (получается погрузить до 0,8hсв), снова засыпается порцией песка, и труба постепенно извлекается.

Получившиеся песчаные сваи, помимо уплотнения грунта, играют роль вертикальных дрен, за счет чего существенно ускоряется процесс консолидации водонасыщенных глинистых оснований.

Сваи размещают обычно в шахматном порядке с пересечением зон уплотнения.

Рис.12.10. Схема размещения песчаных свай в плане:

1 – песчаная свая;

2 – зона уплотнения Грунтовые сваи применяются для уплотнения и улучшения строительных свойств просадочных макропористых и насыпных пылевато-глинистых грунтов на глубине до 20(м).

Суть метода: устраивается вертикальная скважина (полость) путем погружения металлической трубы (пробойника) d40(см), которая затем засыпается местным грунтом с послойным уплотнением.

В результате образуется массив уплотненного грунта, характеризующийся повышенной прочностью и более низкой сжимаемостью, в просадочных грунтах r= 1,5...3,5 м устраняются просадочные свойства.

З он а упл о тне ния Рис.12.11. Схема устройства грунтовых свай способом сердечника:

а – образование скважины забивкой инвентарной сваи;

б – извлечение инвентарной сваи;

в – заполнение скважины грунтом с трамбованием;

1 – инвентарный башмак;

2 – сердечник;

3 – молот;

4 – трамбовка;

5 – уплотненный грунт заполнения Рис.12.12. Схема образования скважин энергией взрыва:

а – устройство скважины – шпура;

б – скважина – шпур, подготовленная к взрыву;

в – готовая скважина;

1 – башмак;

2 – буровая штанга;

3 – наголовник;

4 – молот;

5 – деревянный брусок для подвески заряда;

6 – детонирующий шнур;

7 – заряд ВВ Известковые сваи применяются для глубинного уплотнения водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтов. Устраивают их также как грунтовые или песчаные сваи.

Пробуренную скважину dскв=320…500(мм) (или с обсадной инвентарной трубой) заполняют негашеной комовой известью трамбованием.

Негашеная известь (при взаимодействии с поровой водой) гасится и в процессе гашения увеличивается в объеме. Общее увеличение объема сваи (за счет трамбования и гашения ) составляет 1,6…2 раза.

Температура тела сваи при гашении достигает 1600...3000 С. Соответственно происходит частичное испарение поровой воды, в результате чего уменьшается влажность грунта (осушение примыкающей зоны) и ускоряется уплотнение.

Также происходит физико-химическое закрепление грунта в зонах примыкающих к поверхности сваи, увеличиваются прочностные и деформационные характеристики грунта.

Стоимость известковых свай довольно низкая, поэтому они относятся к одним из самых дешевых способов улучшения свойств слабых водонасыщенных оснований.

3.3.д. Глубинное виброуплотнение Применяют для уплотнения рыхлых песчаных грунтов естественного залегания, а также при укладке насыпных несвязных грунтов, устройстве обратных засыпок и т.п.

Рис. 12.13. Схема виброустановки ВУУП – 6:

1 – вибропогружатель В – 401;

2 – трубчатая штанга;

3 – стальные ребра При вибрации в сыпучих грунтах связь между частицами нарушается, и они начинают перемещаться под действием инерционных сил вибрации и сил тяжести. В результате грунты уплотняются.

вибробулава сопла(вода) h =8...10м Рис. Схема уплотнения вибробуловой Эффективность уплотнения повышается при подаче в зону уплотнения воды (гидровиброуплотнение – подача воды через сопла в вибробулаве).

Достигают уплотнения до d,max = 17...18(кН / м 3 ).

Существует два основных способа виброуплотнения:

• В первом способе уплотнение происходит при погружении в песок вибратора (вибробулавы).

(Уплотнение рыхлых песков мощностью до 8…10м) • Второй способ заключается в погружении в грунт стержня с прикрепленным к его голове вибратором.

3.3.е. Предварительное уплотнение оснований статической нагрузкой Используют для уплотнения (улучшения строительных свойств) слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов и торфов, но на небольших площадках.

р езе рву ар насыпь из местных дренирующий материалов слой уплотнение Рис. Схема уплотнения статической нагрузкой Нельзя передавать большую нагрузку моментально, иначе произойдет выпор.

пред = tg + c пред - эффективное давление = +u При t=;

при u t= Давление под насыпью должно быть не менее давления будущего сооружения, т.к. высота насыпей ограничена, этот метод как правило применяют при строительстве сооружений, передающих относительно небольшие давления на основание – это малоэтажные здания, ж/д полотна, автодороги, взлетно–посадочные полосы, резервуары и т.п.

Т.к. при использовании этого метода при уплотнении слабых грунтов мощностью 10м требуется длительное время (для завершения процессов консолидации и стабилизации осадок). Для ускорения процесса уплотнения используют вертикальные дрены различных конструкций:

• Песчаные дрены • Бумажные комбинированные дрены и др.

также применяют электроосмос насы пь дренирую щ ий слой h до 30м плотны й грунт h до 2,5 м h - вы сота уплотняемой зоны (длина пути ф ильтрации) Рис. Схема уплотнения грунтов с помощью вертикальных дрен Время уплотнения грунтов t обратно пропорционально коэффициенту фильтрации Кф и квадрату высоты зоны уплотнения - h 2.

t=f (Кф;

h 2 ) – за счет изменения Кф многократно уменьшается время.

Технология устройства вертикальных песчаных дрен аналогична технологии изготовления песчаных свай.

Бумажные комбинированные дрены имеют поперечное сечение 4100 мм и состоят из полимерного жесткого ребристого сердечника и фильтрующей оболочки.

Дрена вводится в грунт в обсадной трубе прямоугольного сечения статическим вдавливанием (на глубину до 20м) их шаг 1,5 – 3,0м (для песчаных) и 0,6 – 1,5м (для бумажных комбинированных).

3.3.ж. Уплотнение грунта водопонижением Метод эффективен при уплотнении водонасыщенных грунтов (лучше мелкие или пылеватые пески) на больших площадях.

коллектор иглофильтр дипрессионная до WL до нагрузка взв L W после после P w h Рис. Схема уплотнения грунтов с помощью водопонижения иглофильтрами Для этого площадку, на которой предполагается уплотнить грунт, окружают (протыкают) иглофильтрами при Кф=0,05…0,002 см/с или при Кф0,002 см/с – ижекторные иглофильтры (понижение УГВ до глубины 25м) или с помощью электроосмоса.

Понижение УГВ приводит к снятию взвешивающего действия воды на скелет грунта. В объеме грунта возникает дополнительная массовая сила равная разнице взв, которая вызывает уплотнение грунтового массива.

3.4. Закрепление грунтов Базируется на искусственном преобразовании строительных свойств грунтов (создание более прочных связей между частицами) в условиях их естественного залегания разнообразными физико-химическими методами.

Это достигается за счет инъецирования в грунт и последующего твердения определенных реагентов. Важным условием применимости инъекционных методов закрепления является достаточно высокая проницаемость грунтов.

3.4.а Цементация Метод служит для закрепления (упрочнения) насыпных грунтов, галечниковых отложений, средних и крупнозернистых песков (сухих и влажных при Кф80 м/сутки). Так же используют для заполнения карстовых пустот, закрепления и уменьшения водопроницаемости трещиноватых скальных грунтов.

1...1,5м перфорированные звенья е=0,5...1,5м труба d=25...100мм Рис. Схема цементации Цементный раствор нагнетаемый в грунт имеет В/Ц отношение 0,4…1,0, часто в раствор добавляют песок.

Применяют забивные инъекторы – тампоны, опускаемые в пробуренные скважины. Цементация возможна и в водонасыщенных грунтах, но там где вода стоячая;

если есть течение, то цементный раствор уносит.

Метод цементации применим также для усиления конструкций самих фундаментов. Для этого в теле фундамента пробуривают шпуры, через которые в материал или кладку фундамента под высоким давлением нагнетается цементный раствор.

3.4.б Силикатизация Применяется для химического закрепления песков с Кф=0,5…80 м/сут, макропористых глинистых просадочных грунтов с Кф=0,2…2 м/сут (лессы), и отдельных видов насыпных грунтов.

Рис.12.14.Схема закрепления методом силикатизации оснований фундаментов (а), защиты фундаментов зданий при строительстве подземных сооружений (б),при возведении зданий (в):

1 – фундамент;

2 – инъекторы;

3 – зоны закрепления;

4 – строящееся подземное сооружение;

5 – существующий тоннель;

6 – строящееся здание Сущность метода заключается в нагнетании в грунт силиката Na в виде раствора (жидкое стекло), которым заполняется поровое пространство. При соответствующих условиях (при наличии отвердителя), раствор переходит в гелеобразное состояние, затвердевая со временем. Создаются новые связи между частицами, что приводит к увеличению прочности уменьшению сжимаемости грунта.

Силикатизация:

• однорастворная (лессовый грунт) • двухрастворная (пески) -Особенностью силикатизации лессов является то, что в состав этих грунтов входят соли, выполняющие роль отвердителя жидкого стекла.

Процесс закрепления происходит мгновенно, достигаемая прочность составляет 2МПа и более. Закрепление водоустойчиво, что обеспечивает ликвидацию просадочных свойств лессов.

Однорастворная силикатизация:

Na2OnSiO2 + СаSO4 + m(H2O) = nSiO2(m-1)H2O + Ca(OH)2 + Na2SO Na2OnSiO2 - жидкое стекло;

СаSO4 - соли в лессовом грунте;

nSiO2(m-1)H2O – гель кремниевой кислоты;

- Двухрастворный способ заключается в следующем. В грунт погружаются инъекторы (трубы d=38мм) с нижним перфорированным звеном, длиной 0,5…1,5м. Через них в пески нагнетается раствор силиката натрия под давлением 1,5 МПа. Через соседнюю трубу, погруженную на расстоянии 15…25см, нагнетают раствор хлористого кальция.

Иногда оба раствора начинают поочередно через один и тот же инъектор (первый раствор при его погружении, второй раствор при извлечении).

После твердения геля прочность достигает 2…5МПа.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.